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上一篇文章分析了移动构造函数，这篇详细的分析一下C++类的逆向相关内容
已经有很多书和文章分析的比较清楚了，本文尽可能展现一些有新意的内容
测试代码
基类base，派生类derived，分别有成员变量、成员函数、虚函数
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
class base {
public:
int a;
double b;
base() {
this->a = 1;
this->b = 2.3;
printf("base constructor\n");
}
void func() {
printf("%d %lf\n", a, b);
}
virtual void v_func() {
printf("base v_func()\n");
}
~base() {
printf("base destructor\n");
}
};
class derived :public base {
public:
derived() {
printf("derived constructor\n");
}
virtual void v_func() {
printf("derived v_func()");
}
~derived() {
printf("derived destructor\n");
}
};
int main(int argc, char** argv) {
base a;
a.func();
a.v_func();
base* b = (base*)new derived();
b->func();
b->v_func();
return 0;
}
编译：g++ test.cpp -o test
IDA视角
IDA打开，如下：
this指针
可以看到，base::的每个函数都传入了一个参数(base*)&v5，正是类实例的this指针
以下是普通成员函数func()的调用过程
rdi`作为第一个参数，存放`this`指针，而`windows`下是寄存器`rcx
this指针是识别类成员函数的一个关键
如果看到C++生成的exe文件中，如果rcx寄存器还没有被初始化就直接使用，很可能是类的成员函数
构造、析构
考虑构造函数时的过程
其中*this = off_400C18，即先把类的虚表地址赋值给类实例的首字段
补充一些
注意虚表前还有一个typeinfo，在g++的实现中，真正的typeinfo信息在虚表之后，虚表的前一个字段存放了typeinfo的地址
typeinfo是编译器生成的特殊类型信息，包括对象继承关系、对象本身的描述等
Aclass* ptra=new Bclass;
int ** ptrvf=(int**)(ptra);
RTTICompleteObjectLocator str=
*((RTTICompleteObjectLocator*)(*((int*)ptrvf[0]-1))); //vptr-1
这段获取对象RTTI信息相关的代码也显示了这一点
回到构造和析构函数
在构造函数调用中，显然需要将虚表的地址赋值给类实例的虚表指针，从代码上来看也是这样
但是，我们观察base类的析构函数
析构时也首先重新赋值了虚表指针，看起来可能有点多此一举
但如果析构函数中调用了虚函数，此行为可以保证正确；至于如果不重新赋值会有错误行为的情况就不展开了
虚表指针的赋值是识别的一个关键，排除开发者故意伪造编译器生成的代码来误导分析，基本可以确定是构造函数或者析构函数
同样的，找到了虚表，也就可以根据IDA的交叉引用，找到对应的构造函数和析构函数
构造、析构代{过}{滤}理函数
全局对象和静态对象的构造时机相同，可以说是被隐藏了起来，在main函数之前由构造代{过}{滤}理函数统一构造
测试代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<iostream>
using namespace std;
class t {
public:
char* str;
t() {
cout << "constructor" << endl;
this->str = new char[16];
memcpy(this->str, "hello", 12);
}
~t() {
cout << this->str << endl;
}
};
t ts[10];
int main(int argc, char** argv) {
cout << "main" << endl;
return 0;
}
编译：visual studio 2019 x64 release
IDA打开，根据输出，下断点后发现t类全局变量构造函数输出信息调用于initterm_0函数
一段initterm_0的代码实现如下：
while (pfbegin < pfend) {
//pfbegin == __xc_a , pfend == __xc_z
if (*pfbegin != NULL) {
(**pfbegin)(); //调用每一个初始化或构造代{过}{滤}理函数
++pfbegin();
}
}
执行(**pfbegin)()后并不会进入全局对象的构造函数中，而是进入编译器提供的构造代{过}{滤}理函数
最简单的找到全局对象构造函数的方法：因为构造代{过}{滤}理函数中会注册析构函数，其注册方式是使用atexit，我们对atexit下断点，调试过程中很容易在附近找到全局对象构造的构造函数
如图所示，10即为对象数组的大小，并且最后一个参数传入了构造函数指针t::t()
析构代{过}{滤}理函数比较类似，就不多分析了，同样以atexit为切入点
t::_t即为t类的析构函数
虚函数调用
代码中我们用base*指针指向了new derived()，在IDA里如下
v3作为derived类实例的地址，存放的正好是虚表指针，而v_func()正好在虚表的第一个位置，参数v3则是例行传入this指针
已经有很多文章讲过虚函数调用过程了，这里就只是简单说一下
虚基类继承
主要分析一下菱形继承的内存布局，代码如下：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
//间接基类
class A {
public:
virtual void function() {
printf("A virtual function\n");
}
int a;
};
//直接基类
class B :virtual public A { //虚继承
public:
virtual void func() {
printf("B virtual func()\n");
}
int b;
};
//直接基类
class C :virtual public A { //虚继承
public:
virtual void func() {
printf("C virtual func()");
}
int c;
};
//派生类
class D :public B, public C {
public:
virtual void function() {
printf("D virtual function()");
}
int d;
};
int main(int argc, char** argv) {
A* A_ptr = (A*)new D();
A_ptr->function();
return 0;
}
编译：visual studio 2019 x64 release
B、C类都虚继承了A类，然后D类多重继承于B、C类
布局如图：
具体实现是在B、C类里不再保存A类的内容，而是保存一份偏移地址，然后将A类的数据保存在一个公共位置处，降低数据冗余
为方便说明，使用g++编译并用IDA打开
main函数比较清晰，跟进D类的构造函数
虚表占8字节，int占4字节，考虑字节对齐，实际B、C类都占了16字节
接着用gdb跟进一下，断在(**func)(func)上
已经分析过，D类的首字段即存放了B类的虚表，也就是RBX==0x614c20是D类实例地址
IDA可以看到0x400A90==A::vtable，也就是先找到A类的虚表
而A类虚表实际存放的函数指针值，由于虚函数机制被D::function()覆盖，会实际调用到D类对应的函数
补充
关于如何让IDA里的分析更清晰，添加结构体、类的信息来帮助IDA的内容，网上已经有很多，这里不再多说了
推荐一本书《深度探索C++对象模型》，里面有很多类布局的历史实现，以及这些布局设计时对空间、时间效率的权衡
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发表于 2019-5-28 12:20
